JP2011128523A

JP2011128523A - 光モジュール

Info

Publication number: JP2011128523A
Application number: JP2009289202A
Authority: JP
Inventors: Tsutomu Shinpo; 努武新保; Tadahiro Yamaji; 忠寛山路; Nobuyuki Asahi; 信行朝日
Original assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Current assignee: Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2009-12-21
Filing date: 2009-12-21
Publication date: 2011-06-30
Anticipated expiration: 2029-12-21
Also published as: JP5314587B2

Abstract

【課題】発光素子を安定して発光させるためのＡＰＣ回路を、簡易な構成で、かつ高精度で駆動できるようにした光モジュールを提供する。
【解決手段】光を伝搬させる光導波路１が形成された基板２と、基板２に取付けられて、光を光導波路１に向けて出射する発光素子３と、基板２に取付けられて、光導波路１で伝搬される光の一部を受光するモニタ用受光素子４とを備えている。光導波路１の少なくとも一方の側面は、モニタ用受光素子４の受光部と対面する斜面２ｄに形成され、光導波路１には、伝搬する光の一部を斜面２ｄで反射させて、モニタ用受光素子４の受光部に導く光取出し部１０が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、光モジュールに関する。

従来、光を伝搬させる光導波路が形成された基板と、光を光導波路に向けて出射する発光素子と、発光素子から出射された光の一部を受光するモニタ用受光素子とを備えた光モジュールがある（特許文献１参照）。

そして、発光素子を安定して発光させるために、発光素子から出射された光の一部をモニタ用受光素子でモニタしながら、ＡＰＣ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＰｏｗｅｒＣｏｎｔｒｏｌ）回路で発光素子を制御するようにしている。

その手段として、基板の光導波路のクラッド部の上にモニタ用受光素子の受光面が下向きとなるように実装することで、発光素子から出射された光のうち、光導波路のコア部で伝搬されない漏れ光の一部をモニタ用受光素子で受光するようにしている。

特開２００２−２４３９８９号公報

しかしながら、特許文献１では、発光素子からの漏れ光をモニタ用受光素子で受光するだけであるから、受光光量が不安定で少なくて、発光素子を安定して発光させるためのＡＰＣ回路を高精度で駆動できないという問題があった。

本発明は、前記問題を解消するためになされたもので、発光素子を安定して発光させるためのＡＰＣ回路を、簡易な構成で、かつ高精度で駆動できるようにした光モジュールを提供することを目的とするものである。

前記課題を解決するために、本発明は、光を伝搬させる光導波路が形成された基板と、前記基板に取付けられて、光を光導波路に向けて出射する発光素子と、前記基板に取付けられて、光導波路で伝搬される光の一部を受光するモニタ用受光素子とを備え、前記光導波路の少なくとも一方の側面は、前記モニタ用受光素子の受光部と対面する斜面に形成され、前記光導波路には、伝搬する光の一部を前記斜面で反射させて、前記モニタ用受光素子の受光部に導く光取出し部が形成されていることを特徴とする光モジュールを提供するものである。

請求項２のように、請求項１において、前記光取り出し部は、屈折率の異なる材料の境界面であり、この境界面は、光導波路の光伝搬方向に対して傾斜している構成とすることができる。

請求項３のように、請求項１または２において、前記光取り出し部は、反射率の異なる材料が光導波路中に挿入されることで形成される複数の境界面であり、この境界面は、光導波路の光伝搬方向に対して傾斜している構成とすることができる。

請求項４のように、請求項１〜３のいずれか一項において、前記光導波路は、コア部とクラッド部とで構成されて、前記光取り出し部は、前記コア部またはクラッド部の少なくとも一方に形成されている構成とすることができる。

請求項５のように、請求項１において、前記光導波路は、コア部とクラッド部とで構成されて、前記光取り出し部は、コア部に形成されたＹ分岐型光導波路である構成とすることができる。

請求項６のように、請求項１において、前記光導波路は、コア部とクラッド部とで構成されて、前記光取り出し部は、反射率の異なる材料がコア部に挿入されることで形成される複数の境界面と、コア部に形成されたＴ分岐型光導波路である構成とすることができる。

請求項７のように、請求項１〜６のいずれか一項において、前記モニタ用受光素子の受光部と対面する光導波路の斜面に、反射用金属膜が形成されている構成とすることができる。

本発明によれば、光導波路の側面には、モニタ用受光素子の受光部と対面する斜面を形成し、光導波路には、伝搬する光の一部を光導波路の斜面で反射させて、モニタ用受光素子の受光部に導く光取出し部を形成している。したがって、光導波路で伝搬される光の一部が確実にモニタ用受光素子の受光部に導かれることから、モニタ用受光素子の受光光量が増加するので、発光素子を安定して発光させるためのＡＰＣ回路を高精度で駆動できるようになる。また、光導波路の側面に斜面を形成し、光導波路に光取出し部を形成するだけであるから、構成が簡易である。

請求項２によれば、光取り出し部として、例えば導波路のコア部の端面を傾斜状にすることで、この傾斜状の端面が屈折率の異なる材料である空気との境界面となるから、この境界面で、伝搬する光の一部を導波路の斜面に向かって正確に反射させることができる。また、コア部の端面に境界面を形成する以外に、コア部とクラッド部の少なくとも一方の内部に、屈折率の異なる材料の境界面を形成することも可能である。さらに、境界面が１個であれば、境界面１回だけでの反射となるので、多重反射による影響を軽減できるようになる。

請求項３によれば、光取り出し部として、例えば光導波路のコア部またはクラッド部の少なくとも一方の内部に、傾斜状の切り込み（スリット）を入れることで、この傾斜状の切り込みの対面する各切り込み面が屈折率の異なる材料である空気との各境界面となるから、この各境界面で、伝搬する光の一部を光導波路の斜面に向かって正確に反射させることができる。また、複数の境界面によって反射面積が増えるため、反射光量を増加することができ、反射面の数の増減により反射光量を調節することができる。さらに、例えばクラッド部に切り込み（スリット）を入れれば、コア部による光の伝搬が不安定になることを防ぐことができる。

請求項４によれば、光取り出し部は、コア部またはクラッド部の少なくとも一方に形成できるから、構成が簡易となる。

請求項５によれば、コア部にＹ分岐型光導波路を設けることで、コア部で伝搬する光の一部をＹ分岐型光導波路で分岐伝搬することができるから、モニタ用受光素子の受光光量の割合を高精度に設定することができる。

請求項６によれば、コア部に複数の境界面とＴ分岐型光導波路とを設けることで、境界面で反射された光をＴ分岐型光導波路で分岐伝搬することができるから、反射光の伝搬ロスを軽減することができる。また、複数の境界面によって反射面積が増えるため、反射光量を増加することができ、反射面の数の増減により反射光量を調節することができる。

請求項７によれば、斜面での反射率が向上するから、モニタ用受光素子の受光光量が増加するようになる。

本発明の第１実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第２実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第３実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第４実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第５実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第６実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。本発明の第１実施形態の光モジュールであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。本発明の第１実施形態の光モジュールであり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）はコア部の要部斜視図である。（ａ）は第２実施形態のコア部の要部斜視図、（ｂ）は第５実施形態のコア部の要部斜視図、（ｃ）は第６実施形態のコア部の要部斜視図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は第１実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図７は第１実施形態の光モジュールであり、（ａ）は斜視図、（ｂ）は分解斜視図である。図８は第１実施形態の光モジュールであり、（ａ）は側面断面図、（ｂ）はコア部の要部斜視図である。

図７（ａ）に示すように、光モジュールは、光を伝搬させる光導波路１が表面（上面）２ａに形成されたマウント基板２を備えている。また、マウント基板２の表面２ａに取付けられ（実装）、電気信号を光信号に変換して、光導波路１に向けて下向きに出射する発光素子３を備えている。さらに、マウント基板２の表面２ａに取付けられ（実装）、光導波路１で伝搬される光の一部を下向きの受光面で受光して、光信号を電気信号に変換するモニタ用受光素子４を備えている。

このマウント基板２は、発光側のマウント基板であり、これとは別に、受光側のマウント基板（不図示）が設けられていて、受光側のマウント基板には、光信号を電気信号に変換する受光素子（不図示）が取付けられている。そして、発光側のマウント基板と受光側のマウント基板との光導波路は、外部導波路基板（不図示）で接続されていて、発光側のマウント基板の発光素子の光信号は、受光側のマウント基板の受光素子で受光されるようになる。

マウント基板２は、前後方向Ａに延びる長方体形状であり、厚さが２００μｍ〜２ｍｍ程度のものである。このマウント基板２は、実装時の熱の影響や使用環境による応力の影響を避けるために、剛性が必要である。また、光伝送の場合は、発光素子から受光素子までの光伝送効率が必要になるので、各素子を高精度に実装することや使用中の位置変動を極力抑制する必要がある。このため、マウント基板２として、本実施形態ではシリコン基板が採用されている。

マウント基板２は、発光素子（光素子）３と線膨張係数の近い材料で構成されていることが好ましく、シリコン以外には、後述するＶＣＳＥＬ材料と同系統のＧａＡｓ等の化合物半導体で構成されていてもよい。あるいは、セラミックス基板や使用環境によっては樹脂基板でもよい。

発光素子３として、本実施形態では、半導体レーザである面発光レーザ〔ＶＣＳＥＬ（ＶｅｒｔｉｃａｌＣａｖｉｔｙＳｕｒｆａｃｅＥｍｉｔｔｉｎｇＬａｓｅｒ）〕が採用されている。この発光素子３はＬＥＤ等でもよい。

マウント基板２の表面２ａには、発光素子３に電気信号を送信するためのＩＣ回路が形成されたＩＣ基板（不図示）も実装されている。

図７（ｂ）に示すように、マウント基板２の表面２ａには、発光素子３の真下となる位置からマウント基板２の前端部２ｂまで延在する導波路形成用溝２ｃが形成されている。

この導波路形成用溝２ｃには、発光素子３の真下となる位置に、主光路ａ〔図１（ａ）参照〕を前方向に反射させるためのミラー部５が形成されている。このミラー部５の傾斜角度は、光伝搬方向に対して例えば４５°である。

また、導波路形成用溝２ｃの幅方向Ｂの両側面は、反射光ｂ〔図１（ｂ）参照〕を上方向に反射させるための斜面２ｄに形成されている。この斜面２ｄの傾斜角度は、光伝搬方向に対して例えば４５°である。なお、斜面２ｄは、モニタ用受光素子４が取付けられた片側（図１では左側）の側面のみであってもよい。

さらに、ミラー部５の両側部と両斜面２ｄの後部との間には、発光素子３の漏れ光ｃ〔図３（ｂ）参照〕を前方向に反射させる扇形状斜面２ｅがそれぞれ形成されている。

導波路形成用溝２ｃ内には、光が伝播する屈折率の高い断面略正方形状のコア部７と、それよりも屈折率の低いクラッド部８とから構成された光導波路１が配設されている。このクラッド部８の外面は、導波路形成用溝２ｃの内面と同じ形状となる。

クラッド部８は、導波路形成用溝２ｃに沿って、マウント基板２の前端部２ｂまで端面を延在させているが、コア部７の端面は、図８（ｂ）のように、導波路形成用溝２ｃの一側（図１では左側）の斜面２ｄに向けた斜面７ａに形成されている。この斜面７ａの傾斜角度は、光伝搬方向に対して例えば４５°である。

このコア部７の斜面７ａは、光取り出し部１０を構成する。ここで、光取出し部１０は、屈折率の異なる材料であるコア部７と空気との境界面であり、この境界面である斜面７ａは、光導波路の光伝搬方向に対して４５°で傾斜されていることになる。

そして、モニタ用受光素子４は、光取出し部１０に対向する導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに受光面が対向する位置で、マウント基板２の表面２ａに取付けられている。

したがって、発光素子３から出射された光は、ミラー部５で前方向に反射され、光導波路１のコア部７で前方に伝搬されるようになる。

このとき、マウント基板２の前端部２ｂの手前で、コア部７で伝搬される光の一部は、コア部７の斜面７ａで導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに向かって側方に反射され、この斜面２ｄで再び上方に反射されることで、モニタ用受光素子４の受光部に導かれるようになる。

第１実施形態の光モジュールは、光導波路１の導波路形成用溝２ｃの側面に、モニタ用受光素子４の受光部と対面する斜面２ｄを形成している。また、光導波路１のコア部７には、伝搬する光の一部を光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄで反射させて、モニタ用受光素子４の受光部に導く斜面７ａである光取出し部１０を形成している。

したがって、光導波路１のコア部７で伝搬される光の一部が各斜面７ａ，２ｄで反射されて確実にモニタ用受光素子４の受光部に導かれるようになる。

これにより、モニタ用受光素子４の受光光量が増加するので、発光素子３を安定して発光させるためのＡＰＣ回路を高精度で駆動できるようになる。また、光導波路１の導波路形成用溝２ｃの側面に斜面２ｄを形成し、光導波路１のコア部７に斜面７ａである光取出し部１０を形成するだけであるから、構成が簡易である。

さらに、光取り出し部１０は、屈折率の異なる材料であるコア部７と空気との境界面であり、この境界面は、光導波路１の光伝搬方向に対して傾斜されている。具体的には、光取り出し部１０として、例えば光導波路１のコア部７の端面を傾斜状にしている。これにより、この傾斜状の斜面７ａが屈折率の異なる材料である空気との境界面となるから、この境界面である斜面７ａで、伝搬する光の一部を光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに向かって正確に反射させることができる。

また、コア部７の端面に境界面を形成する以外に、後述するように、コア部７とクラッド部８の少なくとも一方の内部に、屈折率の異なる材料の境界面を形成することも可能である。

さらに、コア部７の斜面７ａのように、コア部７を伝搬する光の伝搬方向に対して、境界面が傾斜しているため、境界面において、コア部７を伝搬する多重反射光をクラッド部８へ放射させることができ、多重反射光の強度を低減することができる。これにより、モニタ用受光素子４で多重反射光を受光したことによる雑音特性の劣化を低減することができる。

また、第１実施形態（以下の各実施形態でも同様。）では、光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄ、例えばシリコン製マウント基板２の斜面２ｄを利用した反射面である。これに加えて、斜面２ｄに反射用金属膜を形成すれば、斜面２ｄでの反射率が向上するから、モニタ用受光素子４の受光光量が増加するようになる。

図２は第２実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図９（ａ）はコア部の要部斜視図である。第１実施形態と相違するのは、光取り出し部１０は、反射率の異なる材料が光導波路１のコア部７の中に挿入されることで形成される複数の境界面である点である。

具体的には、光取り出し部１０としてコア部７の内部に、傾斜状の切り込み（スリット）７ｂを入れることで、この傾斜状の切り込みの対面する各切り込み面が斜面７ｃ，７ｄとなって、この各斜面７ｃ，７ｄが屈折率の異なる材料である空気との境界面となる。

したがって、この境界面である斜面７ｃ，７ｄで、伝搬する光の一部を光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに向かって正確に反射させることができる。

また、複数の境界面である斜面７ｃ，７ｄによって反射面積が増えるため、反射光量を増加することができ、反射面の数の増減により反射光量を調節することができる。

なお、コア部７の切り込み（スリット）７ｂは、空隙（空気）でもよいが、クラッド部８と同じ材料（コア部７と屈折率が異なる）を充填してもよい。

図３は第３実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。第１実施形態と相違するのは、光取出し部１０をクラッド部８に形成している点である。

具体的には、光取り出し部１０としてクラッド部８の内部に傾斜状の斜面８ａを形成している。例えば、斜面８ａを境にして、前側のクラッド部８Ａと後側のクラッド部８Ｂとを屈折率の異なる材料で形成して、斜面８ａ同士を接着して一体化することで、この斜面８ａが屈折率の異なる材料である前側のクラッド部８Ａと後側のクラッド部８Ｂの境界面となる。

したがって、この境界面である斜面８ａで、発光素子３から漏れてクラッド部８を伝搬する漏れ光ｃを光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに向かって正確に反射させることができる。

また、クラッド部８に斜面８ａを形成すれば、コア部７を伝搬する光電力を減衰させることなく、光電力のモニタに使用する光を取り出すことができる。

図４は第４実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。第３実施形態と相違するのは、光取出し部１０は、反射率の異なる材料が光導波路１のクラッド部８の中に挿入されることで形成される複数の境界面である点である。

具体的には、光取り出し部１０としてクラッド部８の内部に、傾斜状の切り込み（スリット）８ｂを入れることで、この傾斜状の切り込みの対面する各切り込み面が斜面８ｃ，８ｄとなって、この各斜面８ｃ，８ｄが屈折率の異なる材料である空気との境界面となる。

したがって、この境界面である斜面８ｃ，８ｄで、発光素子３から漏れてクラッド部８を伝搬する漏れ光ｃを光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに向かって正確に反射させることができる。

また、複数の境界面である斜面８ｃ，８ｄによって反射面積が増えるため、反射光量を増加することができ、反射面の数の増減により反射光量を調節することができる。

なお、クラッド部８の切り込み（スリット）８ｂは、空隙（空気）でもよいが、クラッド部８と屈折率が異なる材料を充填してもよい。

図５は第５実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図９（ｂ）はコア部の要部斜視図である。

第１実施形態と相違するのは、光取出し部１０は、コア部７にＹ分岐型光導波路（分岐コア部）１１を一体形成した点である。このＹ分岐型光導波路１１の傾斜角度は、光伝搬方向に対して例えば４５°である。

したがって、コア部７にＹ分岐型光導波路１１を設けることで、光導波路１のコア部７で伝搬される光の一部〔図５（ａ）の矢印ｄ参照〕をＹ分岐型光導波路１１で分岐伝搬することができるから、モニタ用受光素子４の受光光量の割合を高精度に設定することができる。

また、Ｙ分岐型光導波路１１の斜面１１ａでも、発光素子３から漏れてクラッド部８を伝搬する漏れ光ｃも光導波路１の導波路形成用溝２ｃの斜面２ｄに向かって正確に反射させることができるので、反射光量を増加することができる。

図６は第６実施形態の光モジュールであり、（ａ）は平面図、（ｂ）は正面図である。図９（ｃ）はコア部の要部斜視図である。

第１実施形態と相違するのは、光取出し部１０は、反射率の異なる材料が光導波路１のコア部７に挿入されることで形成される複数の境界面と、コア部７にＴ分岐型光導波路１２を一体形成した点である。

具体的には、光取り出し部１０としてコア部７の内部に、傾斜状の切り込み（スリット）７ｂを入れることで、この傾斜状の切り込みの対面する各切り込み面が斜面７ｃ，７ｄとなって、この各斜面７ｃ，７ｄが屈折率の異なる材料である空気との境界面となる。また、Ｔ分岐型光導波路１２の傾斜角度は、光伝搬方向に対して例えば９０°である。

したがって、コア部７に複数の境界面とＴ分岐型光導波路１２とを設けることで、斜面７ｃ，７ｄで反射された光をＴ分岐型光導波路１２で分岐伝搬することができるから、反射光の伝搬ロスを軽減することができる。

また、複数の斜面７ｃ，７ｄによって反射面積が増えるため、反射光量を増加することができ、反射面の数の増減により反射光量を調節することができる。

前記各実施形態では、コア部７とクラッド部８の一方に光取出し部１０を設けたものであり、構成が簡易となるが、コア部７とクラッド部８の双方に光取出し部１０を設けることも可能である。

１光導波路
２マウント基板
２ａ表面
２ｃ導波路形成用溝
２ｄ斜面
３発光素子
４モニタ用受光素子
７コア部
７ａ斜面
７ｂ切り込み
７ｃ，７ｄ斜面
８クラッド部
８ａ斜面
８ｂ切り込み
８ｃ，８ｄ斜面
１０光取出し部
１１Ｙ分岐型導波路
１２Ｔ分岐型導波路

Claims

光を伝搬させる光導波路が形成された基板と、前記基板に取付けられて、光を光導波路に向けて出射する発光素子と、前記基板に取付けられて、光導波路で伝搬される光の一部を受光するモニタ用受光素子とを備え、
前記光導波路の少なくとも一方の側面は、前記モニタ用受光素子の受光部と対面する斜面に形成され、前記光導波路には、伝搬する光の一部を前記斜面で反射させて、前記モニタ用受光素子の受光部に導く光取出し部が形成されていることを特徴とする光モジュール。
前記光取り出し部は、屈折率の異なる材料の境界面であり、この境界面は、光導波路の光伝搬方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記光取り出し部は、反射率の異なる材料が光導波路中に挿入されることで形成される複数の境界面であり、この境界面は、光導波路の光伝搬方向に対して傾斜していることを特徴とする請求項１または２に記載の光モジュール。
前記光導波路は、コア部とクラッド部とで構成されて、前記光取り出し部は、前記コア部またはクラッド部の少なくとも一方に形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の光モジュール。
前記光導波路は、コア部とクラッド部とで構成されて、前記光取り出し部は、コア部に形成されたＹ分岐型光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記光導波路は、コア部とクラッド部とで構成されて、前記光取り出し部は、反射率の異なる材料がコア部に挿入されることで形成される複数の境界面と、コア部に形成されたＴ分岐型光導波路であることを特徴とする請求項１に記載の光モジュール。
前記モニタ用受光素子の受光部と対面する光導波路の斜面に、反射用金属膜が形成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の光モジュール。